JPH08327257A - ヒートパイプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱輸送力に優れるヒートパイプを提供する。 【構成】 コンテナ１２の加熱部１２ａ側への入熱によ
って作動流体を加熱沸騰させるとともに、発生した蒸気
が低温の放熱部１２ｂに移動して凝縮することによって
入熱を蒸発潜熱として放熱部１２ｂに熱輸送するヒート
パイプ１１において、コンテナ１２が平板状の加熱部１
２ａと、この加熱部１２ａの上側に離間しかつ加熱部１
２ａより面積の広い放熱部１２ｂと、これら加熱部１２
ａと放熱部１２ｂとのそれぞれの周縁部を全周に亘って
互いに連結する側壁部１２ｃとによって扁平状に形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱輸送効率が高く、
平面部を備えた小型発熱体の冷却に適したヒートパイプ
と、このヒートパイプの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、パーソナルユースのコンピュー
タ（以下、パソコンという。）の分野においては、昨
今、ノートブックタイプやサブノートブックタイプのい
わゆる携帯型パソコンの普及が著しい。この種のパソコ
ンでは、携帯性を主要目的としているから、小形化およ
び軽量化が強く望まれており、したがって当然、パソコ
ンの内部空間において冷却装置が占有するスペースも極
めて限定されている。また一方で、多機能化や処理速度
の向上に伴って演算処理装置の出力増大が年々進められ
ており、したがって、この演算処理装置が発する熱量も
増大している。そこで従来、冷却装置として熱輸送能力
に優れるヒートパイプが使用されている。

【０００３】図３２は、従来のパソコンにおいて冷却用
に使用されているヒートパイプの一例を示すものであ
る。このヒートパイプ１は所謂平板型ヒートパイプであ
り、コンテは断面矩形に形成され、そのコンテナの図に
おける下側の面が加熱部１ａとされ、かつ上側の面が放
熱部１ｂとされている。そして、この放熱部１ｂの外部
には、多数の放熱フィン１ｃが設けられている。そし
て、コンテナの内部には、真空引きされた後、水等の凝
縮性の作動流体３のみが所定量封入されている。

【０００４】上記のような構造のヒートパイプ１は、プ
リント基板４上に形成された回路の所定の箇所に電気的
に接続されて取付けられた、中央演算処理装置（以下、
ＣＰＵという）２の上面に、前記加熱部１ａ（下面）を
密着させて取付けられている。

【０００５】そして、このヒートパイプ１では、前記回
路に通電されてＣＰＵ２が発熱し、その熱によって加熱
部１ａが昇温した際に、封入されている作動流体３が加
熱されて沸騰して蒸気となり、この作動流体３の蒸気が
上方に移動して低温の放熱部１ｂおいて凝縮する。さら
に、作動流体３の蒸発潜熱の状態で運ばれた熱は、放熱
部１ｂの外部に設けられた放熱フィン１ｃから放散され
る。

【０００６】したがって、前記放熱フィン１ｃを、パソ
コンの筐体内の冷却ファン（図示せず）による冷却風の
流路に臨ませることにより効率よく放散させることがで
きる。このように、ＣＰＵ２の冷却にヒートパイプ１を
使うことによって、蒸発潜熱の状態で大量の熱輸送が可
能となり、そのため、ＣＰＵ２の冷却を効果的に行うこ
とができる。その結果、ＣＰＵ２の過熱によるパソコン
の作動不能や機能低下等の発生を防止することができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のヒートパイ
プ１によれば、その実質的な熱伝導率が極めて高いこと
に加えて、発熱源であるＣＰＵ２に対して広い面積で直
接接触するから、ＣＰＵ２の冷却効率を向上させること
が可能である。しかしながら、そのコンテナが矩形断面
の中空体であるために、ＣＰＵ２との接触面積を広くで
きる半面、放熱部１ｂの面積が相対的に小さくなってし
まう。すなわち、作動流体３は加熱部１ａにおいては液
体であり、また発熱源はＣＰＵ２であるから、加熱部１
ａはＣＰＵ２の上面とほぼ等しい面積であれば充分であ
るが、放熱部１ｂでは作動流体３は蒸気となっていて、
その体積が極端に増大しているから、放熱部１ｂが加熱
部１ａと同一面積の従来のヒートパイプ１では、作動流
体３の蒸気が直接接触する放熱部１ｂが限定され、放熱
量が少なくなって、実質的な冷却能力が制限される不都
合があった。

【０００８】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、局部的な発熱源からの熱輸送を効率よく行うこと
のできるヒートパイプおよびそのヒートパイプの製造方
法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段としてこの発明は、コンテナの加熱部側への入
熱によって作動流体を加熱沸騰させるとともに、発生し
た蒸気が放熱部に移動して凝縮することによって前記入
熱を前記放熱部に熱輸送するヒートパイプにおいて、前
記コンテナが、平坦な加熱部と、この加熱部の上側に離
間しかつ加熱部より面積の広い放熱部と、これら加熱部
と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周に亘って互いに連
結する側壁部とによって中空扁平状に形成されているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】また、前記加熱部の内面に、核沸騰を誘発
させる凸部を備えた構造とすることができる。

【００１１】さらに、前記放熱部の内面に、作動流体の
滴下を促進させる凸部を備えた構造とすることができ
る。

【００１２】また、この発明の製造方法は、塑性変形可
能なパイプ材を、その半径方向に圧潰して中空扁平形状
に形成する工程と、その扁平状のパイプ材の両方の開口
端部を密閉するとともに、一方の端部に作動流体の注入
口を形成して容器とする工程と、その容器の内部に、真
空脱気した状態で凝縮性の流体を作動流体として封入し
てヒートパイプ化する工程と、このヒートパイプ化した
未完成の容器を、所定の内部形状を備えたキャビティの
内部に収容した状態で、その容器を加熱して内圧を高め
て、容器をその内側から全方向に加圧して、その外壁面
を前記キャビティの内壁面に圧接させてキャビティ形状
に則した形状に成形する工程とを有することを特徴とす
るものである。

【００１３】

【作用】この発明のヒートパイプでは、作動流体を封入
したコンテナの形状を、平坦な加熱部と、この加熱部の
上側に離間しかつ加熱部より面積の広い放熱部と、これ
ら加熱部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周に亘って
互いに連結する側壁部とによって中空扁平状としたの
で、加熱部の面積より放熱部の面積が広い。したがっ
て、大量の蒸気を放熱部に接触させて作動流体蒸気の放
熱・凝縮量を増大させて、熱輸送能力がより高いヒート
パイプとすることができる。

【００１４】また、請求項１記載のヒートパイプにおい
て、前記加熱部の内面に凸部を備えた構造とすれば、核
沸騰が誘発され、作動流体の蒸発が促進されて加熱部か
ら作動流体への熱伝達性が向上するから、ヒートパイプ
としての熱輸送効率がより高くなる。

【００１５】さらに、請求項１記載のヒートパイプにお
いて、前記放熱部の内面に凸部を備えた構造とすれば、
放熱部に接触して凝結した作動流体の滴下が促進され、
放熱部の液膜が減少することにより、蒸気との接触面積
が増加して凝縮効率が高くなり、また作動流体の加熱部
への還流が促進されるから、ヒートパイプとしての熱輸
送能力が一層向上する。

【００１６】請求項４の製造方法によれば、放熱部が加
熱部より拡大した形状を、ヒートパイプ化した後の作動
流体の圧力を利用して成形加工を行うことになるから、
放熱部が拡大したヒートパイプを少ない工程で効率よく
製造することができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明のヒートパイプを、パソコン
のＣＰＵ冷却用ヒートパイプに適用した実施例を図１な
いし図２０を参照して説明する。

【００１８】図１ないし図５はこの発明の一実施例を示
すもので、このヒートパイプ１１は、図１ないし図３に
示すように、コンテナ１２の形状が、中空で高さの低い
ほぼ四角錐台のような形状を呈している。より具体的に
は、このコンテナ１２は、一辺が約３０mmのほぼ正方形
の加熱部１２ａと、一辺が約６０mmのほぼ正方形で加熱
部１２ａの約４倍の面積を有し、かつ前記加熱部１２ａ
の上方に５mm程度離間して平行に形成された放熱部１２
ｂと、この放熱部１２ｂの４つの辺とそれぞれ対応する
前記加熱部１２ａの４つの各辺とを連結する４つの傾斜
側壁部１２ｃとによって構成される銅などからなる金属
製密閉容器である。そして、このコンテナ１２の内部に
は、例えば純水などの凝縮性流体が所定量封入されてい
る。

【００１９】そして、上記の構造を有するヒートパイプ
１１は、図４および図５に示すように、ＣＰＵ１６の上
面に、面積の小さい下側の加熱部１２ａを密着させて配
設されている。なお、このＣＰＵ１６は、パソコン内の
回路基板１５上に形成されたプリント配線（図示せず）
の所定の位置に接続されて取付けられている。また、ヒ
ートパイプ１１の上側の放熱部１２ｂには、ヒートシン
ク１４が熱伝達可能に一体に接合されている。すなわ
ち、このヒートシンク１４は、厚さ約０．６mmのアルミ
ニウム板製の放熱フィン１４ａを狭い間隔（例えば約
１．０mmピッチ）で平行に多数配設し、かつこれら各放
熱フィン１４ａの下端を、アルミニウム板製のベースプ
レート１４ｂに溶接などによって一体化させたものであ
り、そのベースプレート１４ｂによって加熱部１２ｂに
取り付けられている。

【００２０】そして、ヒートシンク１４が一体に取付け
られたヒートパイプ１１は、その外周部をホルダ１７に
よって、ヒートシンク１４との連結部分を補強されると
ともに回路基板１５上に締結支持されている。なお、図
４および図５中の参照符号１８は、ヒートシンク１４を
上下に複数に分割するように３段設けられた整流板を示
しており、放熱フィン１４ａの間隙を流れる風が水平方
向に流れるようにガイドしている。

【００２１】つぎに、図４に示すこの実施例の作用を説
明する。通電されてＣＰＵ１６が発熱すると、その熱に
よってヒートパイプ１１のＣＰＵ１６と接している下部
の加熱部１２ａが加熱される。そして、加熱部１２ａが
加熱されると、内部に封入されている作動流体１３が熱
せられる。このようにして加熱されて沸騰した作動流体
１３は蒸気となって、低温の放熱部１２ｂに向けて流動
し、放熱部１２ｂで熱を奪われて凝縮する。すなわち、
作動流体１３の蒸気が蒸発潜熱としてＣＰＵ１６の発生
熱を輸送し、その熱は放熱部１２ｂにおいて凝縮する際
に放出される。

【００２２】そして、放出された熱は、放熱部１２ｂか
らヒートシンク１４の各放熱フィン１４ａに伝達され、
各放熱フィン１４ａからパソコンの筐体内の空間に放散
される。したがって、冷却ファン（図示せず）による冷
却風の流路に臨ませることにより効率よく冷却すること
ができる。

【００２３】他方、凝縮して放熱部１２ａの壁面に付着
する作動流体１３の一部は、そのまま加熱部１２ａの壁
面上に滴下し、その他の多量の作動流体は各傾斜側壁部
１２ｃを伝わって加熱部１２ａまで還流する。この傾斜
側壁部１２ｃは、上記のように放熱部１２ｂの４つの辺
と加熱部１２ａの４つの辺とを全て連結しているから、
加熱部１２ａの上面には、そのほぼ全方向から集中する
ように作動流体１３が還流する。したがって、作動流体
１３の蒸発・凝縮サイクルがスムースに行われる。

【００２４】また特に、上記ヒートパイプ１１では、そ
の放熱部１２ｂの面積が、加熱部１２ａの面積の４倍の
広さに形成されているため、放熱部１２ｂに移動した作
動流体の蒸気が低温の放熱部１２ｂの内面に接触する率
が、従来の冷却用ヒートパイプに比べて４倍も高く、し
たがって、大量の蒸気を凝縮させることができるため熱
輸送能力が高く、ＣＰＵ１６の大量の発熱に対しても優
れた冷却性能を発揮して、ＣＰＵ１６の過熱を確実に防
止することができる。

【００２５】なお、上記実施例においては、ヒートパイ
プ１１のコンテナ１２は、その加熱部１２ａおよび放熱
部１２ｂの内面がフラットに形成されている場合につい
て説明したが、加熱部１２ａの内面に核沸騰を誘発させ
る凹凸形状を設けるとともに、前記放熱部１２ｂの内面
に、作動流体の滴下を促進させる凹凸形状を設けること
ができる。

【００２６】これらをより具体的に説明すると、例えば
図６に示すように、金属製のコンテナ２２には、上下方
向に接近して対向する２つの面のうち、下方の小さい面
積の加熱部２２ａの内面に、Ｖ字形溝を直交する２方向
に狭い間隔で形成することによって、四角錐状の多数の
尖頭突起２３が形成されている。この多数の尖頭突起２
３は、加熱部２２ａが加熱され、その熱が作動流体に熱
伝達される際に、非沸騰域から核沸騰域に早期に遷移さ
せる。すなわち、加熱部２２ａの表面の作動流体が減少
した際の膜沸騰域への移行を防いで、伝熱効率の高い核
沸騰を持続させるように作用する。

【００２７】また、上方の面積の広い放熱部２２ｂの内
面には、背の低いリブ２４が毛細管現象が生じないよう
に充分に離間させて平行に複数本形成されている。これ
らのリブ２４は、放熱部２２ｂに接触して熱を奪われた
蒸気が凝縮して放熱部２２ｂの内面に結露した際に、こ
の凝縮した作動流体の粒が表面張力によってリブ２４に
吸着することによって集められ、その粒径が拡大するこ
とによって重力によって滴下しやすくなる。したがっ
て、作動流体の蒸気と接触して凝縮させる放熱部２２ｂ
の面積が、凝結した作動流体で覆われて減少することを
防止する。

【００２８】また図７は、前記核沸騰を誘発させる凹凸
形状と、前記作動流体の滴下を促進させる凹凸形状とが
それぞれ異なる別のコンテナの縦断面を示すものであ
る。この金属製のコンテナ２５は、加熱部２５ａの内面
に、核沸騰を発生させる凹凸形状として銅製等の金属小
球２６が多数焼結されている。この多数の金属小球２６
が、図６に示した一例における尖頭突起２３と同様の作
用を備えている。すなわち、加熱部２５ａから作動流体
に沸騰熱伝達される際に、非沸騰域から核沸騰域に早期
に遷移させるとともに、加熱部２５ａの表面の作動流体
が減少した際の膜沸騰域への移行を防いで、伝熱効率の
高い核沸騰を持続させるように作用する。

【００２９】また放熱部２５ｂの内面には、背の低いリ
ブ２７が格子状に形成されており、この格子状のリブ２
７は、図６に示した一例におけるリブ２４と同様の作用
を備え、放熱部２２ｂの内面に結露した作動流体の粒を
滴下しやすくしている。

【００３０】さらに、上記実施例においては、ヒートパ
イプ１１のコンテナ１２の形状として扁平な四角錐形状
（図３、図６および図７に示すように断面台形）の場合
について説明したが、図８に示すコンテナ２７のよう
に、小さい正方形の加熱部２７ａと大きな面積の正方形
の放熱部２７ｂとが、放熱部２７ｂの各辺に連続する垂
直側壁２７ｃと、この垂直側壁２７ｃの下辺と、前記加
熱部２７ａの各辺とを連結する傾斜側壁２７ｄとからな
る断面五角形に形成することができる。

【００３１】また図９に示すコンテナ２８のように、下
側の加熱部２８ａを、上側の放熱部２８ｂの下部中央か
ら外れた位置に形成することもでき、このように形成す
ることによって、パソコン内のＣＰＵ１６の設置場所の
上方空間が狭く、特定の方向だけに空間が存在している
場合には、その空間の方向に放熱部２８ｂを拡張した形
状とすることにより、この冷却用ヒートパイプを搭載す
ることが可能となる。

【００３２】さらに、上記実施例においては、図２に示
すようにヒートパイプ１１の加熱部１２ａの大きさおよ
び形状を、ＣＰＵ１６の上面とほぼ同じ形状および大き
さとするとともに、放熱部１２ｂを、前記加熱部１２ａ
と相似形を保って拡大した形状および大きさとしたが、
図１０に示すように、正方形の加熱部３１ａに対して放
熱部３１ｂを円形に形成することもできる。この場合に
は、放熱部３１ｂの外部に取付けるヒートシンク３２の
形状を、円形の放熱部３１ｂに合わせて放熱フィン３２
ａの長さを、風の流れる方向に対して中央を長くし、左
右両側が漸次短くなるように形成する。

【００３３】また、図１１に示すように、加熱部３３ａ
と放熱部３３ｂとを直径の異なる円形として円錐台に形
成することもでき、ヒートシンク３４も図１０に示した
場合とと同様に、各放熱フィン３４ａの長さを、風の流
れる方向に対して中央を長くし、左右両側に漸次短くな
るように形成する。

【００３４】また、ヒートパイプ１１へのヒートシンク
１４の取付け方法を説明すると、図１２に示すように、
多数の放熱フィン１４ａを所定のピッチで取付けたアル
ミニウム板製のベースプレート１４ｂを、ヒートパイプ
１１の放熱部１２ｂの上面に密着するように載置する。
その状態で、ベースプレート１４ｂの少なくとも対向す
る２辺の縁部をそれぞれ下方に折り曲げ、さらに、ヒー
トパイプ１１の放熱部１２ｂの縁部を挟むようにカシメ
て取付ける。したがって、ヒートパイプ１１の放熱部１
２ｂに運ばれた熱は、ベースプレート１４ｂを介して各
放熱フィン１４ａに効率よく伝達される。

【００３５】また、ヒートシンクの別の取付け方法を説
明すると、例えば図１３に示すように、ヒートシンク４
１を構成している薄いアルミニウム板製の多数の放熱フ
ィン４１ａのそれぞれの下辺を嵌合させるように、ヒー
トパイプ４２の放熱部４３の上面に取付溝４３ａが所定
のピッチで形成されている。そして、各取付溝４３ａに
放熱フィン４１ａの下部を嵌装した後、放熱部４３の上
面の各取付溝４３ａ間の平面部分を加圧することによっ
て取付溝４３ａの溝幅を縮小させてカシメるか、また
は、各放熱フィン４１ａを下方へ押圧して座屈させるこ
とにより取付溝４３ａ内の肉厚を増加させて取付けられ
る。したがって、ヒートパイプ４２の放熱部４３に運ば
れた熱は、各放熱フィン４１ａに直接に伝達される。

【００３６】さらに、ヒートシンクの他の取付け方法を
図１４に示す。多数の放熱フィン４６ａを所定のピッチ
でアルミニウム板製のベースプレート４６ｂ上に溶接し
て構成されたヒートシンク４６は、そのベースプレート
４６ｂの下面を、ヒートパイプ４７の放熱部４７ｂの上
面にサーマルジョイント（金属粉入り接着剤）４８によ
って、接着して取り付けられている。

【００３７】したがって、ヒートパイプ４７の放熱部４
７ｂに運ばれた熱は、サーマルジョイント４８によって
密着状態に取り付けられているため、ベースプレート４
６ｂを介して効率よく各放熱フィン４１ａに伝達され
る。

【００３８】なお、以上の例においては、アルミニウム
板製の平板状の放熱フィン１４ａ，４１ａ，４６ａを使
用した例について説明したが、放熱フィンとしてはアル
ミ板製以外にも、銅板等の熱伝導性に優れた金属製であ
ればよく、また、図１５に示すように、銅製の多数の放
熱ピン４８ａを林立させてヒートシンク４８とすること
もできる。

【００３９】また、放熱フィンの形状としては、図１６
に示すヒートシンク４９のように、波形放熱フィン４９
ａを所定のピッチで配設して用いれば、波形板４９ａの
間隙を流れる空気（風）の渦効果によって優れた放熱性
能が得られる。

【００４０】また図１７に示すように、風の流れる方向
に短い放熱フィン５０を、風の流れと平行でかつ千鳥状
に多数設ければ、各放熱フィン５０の前縁に風が直接衝
突することによる冷却効果すなわち前縁効果によって優
れた放熱性能が得られる。

【００４１】また上記実施例においては、ヒートシンク
１４に水平な整流板１８を３段設けて、放熱フィン１４
ａ間を流れる空気（風）が途中からヒートシンク１４の
外部に流れ出すのを防止することによって放熱効果を高
めたが、前記整流板１８の代わりに、図１８に示すよう
に、各放熱フィン５１の空気通路となる間隙の空気流入
側に、流入する空気を下方に案内するフラップ状のガイ
ド板５２を３段設けてもよい。このようにすれば、発熱
源となるヒートパイプ１１に接続されていることによっ
て温度が高くなっている各放熱フィン５１のうち、下部
に空気を流すことによって、放熱効率を高めることがで
きる。しかも、空気を斜め下向きに流すことによって、
ヒートパイプ１１の放熱部１１ｂの上面に沿って流れる
空気の層流の剥離を防止し、空気の流通量を増加させる
ことによる放熱効率を高めることができる。

【００４２】また図１８に示したフラップ上のガイド板
５２の代わりに、図１９に示すように、各放熱フィン５
１間の間隙に、多数のジャマ板５３を、それぞれの下流
側を斜め下方へ向けて設けても、ガイド板５２とほぼ同
様の効果が得られる。さらに図２０に示すように、ジャ
マ板５３の代わりに、各放熱フィン５１間の間隙に、薄
板を直角三角形に形成した三角板５４を、その斜辺が下
側となるようにそれぞれ取り付けても、ほぼ同様の効果
が得られる。

【００４３】なお、上記の説明においては、この発明の
ヒートパイプ１１をパソコンのＣＰＵ１６の冷却に用い
た例を示したが、この発明は上記の実施例に限定される
ものではない。

【００４４】ここで、上記構成のヒートパイプ１１の製
造方法について説明する。なお、上記した部材には同じ
符号を付し、その詳細な説明を省略する。まず、コンテ
ナ１２の素材として予め所定の寸法に切断した円形断面
の金属パイプ例えば銅製のパイプ５５を用意する。そし
て図２１に示すように、このパイプ５５の内壁面に、軸
線方向に延びる直線状の溝８０と、周方向に向けた環状
の溝８１とをそれぞれ多数条形成する。なお、これらの
溝８０，８１は、それぞれ核沸騰を誘発させる凸部およ
び作動流体の滴下を促進する凸部として備えられるもの
である。

【００４５】つぎに、その溝加工されたパイプ５５を中
空扁平形状に加工する。図２２は、加工設備としてのプ
レス機５６の概略的な構成を示しており、そのプレス機
のダイ（成形型）は、形成するべき扁平形状の厚さとほ
ぼ同じ深さの凹部が形成された下型５７と、その下型５
７の開口部を閉じるように下降させられるパンチ５８と
から構成されている。すなわち、下型５７の凹部におけ
る底面とパンチ５８の下面とがパイプ５５を挟みつけて
加圧する成形面であって、これらの両面が互いに平行な
平坦面とされている。

【００４６】上記のプレス機５６によってパイプ５５を
中空扁平状に加工するには、まずパイプ５５を前記下型
５７とパンチ５８との間に挿入する。そしてパンチ５８
を下降させると、パイプ５５の上面部にパンチ５８の下
面部が接触し、この状態からパンチ５８をさらに下降す
ることによって、パイプ５５は楕円断面形状から長円形
状に変形する。このようにしてパンチ５８を下限位置に
まで下げて図２３に示す形状に成形する。

【００４７】ついで、その扁平状に圧潰されたパイプ５
５の内面を脱脂洗浄する。その洗浄手段としては、例え
ば適宜の溶剤を使用した洗浄、あるいは超音波洗浄など
の従来知られた手段を採用することができる。

【００４８】つぎに、扁平状に圧潰されたパイプ５５の
うち一方の開口端６４を密閉する。ここでは一例とし
て、そのパイプ５５の縁部を幅Ｗ方向の全域に亘って厚
さ方向に圧潰し、その圧潰部の長さＬ方向での幅は数mm
程度の小さい幅とする（図２４の（Ａ）参照）。そし
て、パイプ５５の内周面の縁部同士をその厚さ方向での
ほぼ中央において密着させる。なお、この圧潰加工で
は、従来知られているプレス機や治具等を採用すること
ができる。

【００４９】また、パイプ５５の他方の開口端６５につ
いても上記とほぼ同様に、その厚さ方向でのほぼ中央に
おいてパイプ５５の内周面の縁部同士を密着させるが、
この端部には幅Ｗ方向でのほぼ中央に内部空間と連通す
る注入ノズル６１取り付け用の開口部５９を形成する。
（図２４の（Ｂ）参照）。この作動流体（図示せず）の
注入口としての開口部５９の形成手段としては、例えば
上型および下型の成形面に、開口部５９に対応する窪み
部分を予め備えたプレス機を用いることなどが挙げられ
る。

【００５０】ついで、パイプ５５の両方の開口端６４，
６５の接合部６０を溶接するなどして密閉する。その際
に開口部５９が形成された端部には、その開口部５９に
注入ノズル６１の一端部を挿入し、同時に溶接あるいは
ロウ付け等の手段によって固着する（図２５参照）。な
お、注入ノズル６１としては、ここではパイプ５５と同
一材質でかつ断面が円形の小径管が採用されている。ま
た、開口端６４，６５を閉じる他の方法としては、パイ
プ５５の断面形状とほぼ等しい長円形の端板を溶接する
方法などが挙げられる。

【００５１】つぎにそのパイプ５５をヒートパイプ化す
る。すなわち、注入ノズル６１を介して、作動流体とし
ての純水を規定量よりも若干多めにパイプ５５内部に注
入する。これは、次工程でパイプ５５内から非凝縮性ガ
スの追い出しを行うためである。この加熱追い出し工程
の一例として、ここでは図２６に示すように、注入ノズ
ル６１が設けられた端部が上方となるようにパイプ５５
をシリコンオイルバス６２内に設置し、１２０℃程度に
加熱する。すると、作動流体中に溶在などしている非凝
縮性ガスが作動流体の沸騰蒸気と共に注入ノズル６１の
開口端からパイプ５５の外部に放出される。すなわち、
先にパイプ５５内に封入された作動流体の全量から蒸気
として追い出された量を差し引いた量が、作動流体の実
質的な封入量とされる。

【００５２】そして、蒸気を所定量追い出した後、注入
ノズル６１の先端側をカシメるなどして仮封止する。し
たがって、このパイプ５５自体が充分に脱気されたヒー
トパイプ１１のコンテナ１２となる。なお、この加熱追
い出し工程では、予め注入ノズル６１を仮締めしておい
た状態でパイプ５５内部の圧力を高め、その後に仮締め
部分を開放して作動流体をフラッシュさせる方法を採る
こともできる。なお、この実施例では、コンテナ１２の
内部への作動流体の脱気封入方法として加熱追い出し法
を例示したが、これに替えて真空ポンプ法やガス液化法
等を採用することもできる。

【００５３】ついで、そのヒートパイプ１１をシーズニ
ングする。この工程は周知の通り、微細なピンホールを
発見したり、パイプ５５（コンテナ１２）の内壁面と作
動流体との濡れ性を向上させたりする等、概してヒート
パイプ１１としての信頼性を高めるために実施される工
程であって、図２７に示すように、例えばヒートパイプ
１１をバッチ炉や管状炉６３等の加熱炉の内部に収納し
て、１００℃程度で一定時間連続して加熱する。そし
て、上記工程が終了した後、注入ノズル６１の仮封止を
切断するなどして開封し、また内部の作動流体を廃棄す
る。なお、コンテナ１２の内部にスケールなどの不要物
があれば、その際に作動流体と共にコンテナ１２の外部
に取り出されるから、上記シーズニング工程はパイプ５
５内部の二回目の洗浄工程として機能する。

【００５４】つぎに、空になったパイプ５５（コンテナ
１２）に、規定の封入量に対して若干多めの量の純水を
新たに注入する。そして再度、前述と同様の加熱追い出
しを実施して、作動流体中に溶存する非凝縮性ガスをパ
イプ５５内から排出させた後、注入ノズル６１をその基
端部すなわちパイプ５５の端部のごく近い箇所において
本封止する（図２８参照）。なお、封止するにあたり、
例えば一旦カシメた状態で、先端部に適度な丸みを持っ
た治具でその部分を圧着切断すれば、気密性がより確実
に担保される。また、必要に応じて溶接する。

【００５５】つぎに、コンテナ１２の成形加工を行う。
図２９ないし図３１は、コンテナ１２の成形工程を示す
図であり、ここに示す成形金型７０は、上型７１と下型
７２とから構成されている。その下型７２には、ヒート
パイプ１１の加熱部１２ａを賦形する底面７２ａと、こ
の底面７２ａの四方にヒートパイプ１１の傾斜側壁部１
２ｃを賦形する上方に広がる斜面７２ｂ（２面のみ図示
する）とが備えられている。また、この下型７２内に
は、前記底面７２ａおよび斜面７２ｂに接近させて複数
本のヒータ７３が内蔵されており、これらのヒータ７３
は、それぞれが独立して温度制御できるようになってい
る。

【００５６】一方、上型７１には、ヒートパイプ１１の
放熱部１２ｂを賦形する上面７１ａが備えられている。
すなわち、この上型７１が前記下型７２の上部開口を塞
ぐことによって、成形金型７０にほぼ四角錐台形状のキ
ャビティ７４が形成されている。

【００５７】上記の成形金型７０によってコンテナ１２
を成形加工するには、成形金型７０のキャビティ７４内
に、扁平に形成されたヒートパイプ１１を収容する。そ
して、その状態で各ヒータ７３を動作させ、１５０〜２
００℃程度の温度で下型７２を所定時間連続して加熱す
る。この下型７２に伝えられる各ヒータ７３熱は、ヒー
トパイプ１１に伝達され、コンテナ１２内部において作
動流体が蒸発する。

【００５８】ここで、ヒートパイプ１１への入熱がコン
テナ１２の狭い範囲に限られたものでなく、しかも所定
時間において継続されるものであることから、コンテナ
１２内における作動流体の蒸発が活発に行われ、つまり
ヒートパイプ１１自体が内圧の高い状態に維持される。
そのため、コンテナ１２がその内側から全方向に向けて
徐々に塑性変形し始める。換言すれば、コンテナ１２が
全域に亘って膨張し始めるが、上記の通りヒートパイプ
１１の周囲を上型７１および下型７２によって規制して
いるから、コンテナ１２が膨張し続けることによって、
その外壁面が底面７２ａと斜面７２ｂおよび上面７１ａ
に接触する。そして、この状態からコンテナ１２の膨張
がさらに進むと、それら底面７２ａや斜面７２ｂにコン
テナ１２の外壁面が圧接され、ついにはキャビティ７４
の形状に倣うほぼ四角錐台形状にヒートパイプのコンテ
ナが成形される。

【００５９】そして、このヒートパイプ１１を徐冷する
ことによって、コンテナ１２が充分に焼きなましされ、
またその表面はシワや亀裂などのない良好な状態にな
る。なお、この成形工程は、数回に分けて繰り返し行う
こととしてもよい。

【００６０】つぎにそのヒートパイプ１１を図示しない
熱特性検査工程に送り、熱輸送量や均熱性等について検
査する。そして、その検査規格をクリアしたヒートパイ
プ１１については、コンテナ１２の外表面に例えばニッ
ケルをコーティングし、予め別工程で製造された放熱フ
ィン１４ａを図４でのコンテナ１２の上面側に取り付け
る。なお、これらの取り付け手段としては、上記した通
りである。ついで特に図示しないが、放熱フィン１４ａ
を装着した状態のヒートパイプ１１を最終検査工程に送
り、外観や寸法および重量や伝熱特性等について検査を
して工程が完了する。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明したように、この発明のヒー
トパイプは、コンテナが平坦な加熱部と、この加熱部の
上側に離間しかつ加熱部より面積の広い放熱部と、これ
ら加熱部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周に亘って
互いに連結する側壁部とによって中空扁平状に形成され
ているので、従来のヒートパイプに対して熱輸送能力を
大幅に向上させることができる。

【００６２】また、加熱部の内面に核沸騰を誘発させる
凸部を備えれば、加熱部から作動流体への熱伝達性が向
上するから、ヒートパイプの熱輸送効率を一層向上させ
ることができる。

【００６３】さらに、放熱部の内面に作動流体の滴下を
促進させる凸部を備えれば、放熱して液化した作動流体
の滴下が促進され、すなわち、作動流体の滴下時期が早
まる。その結果、蒸気との接触面積が増加して凝縮効率
が高くなり、かつ作動流体の還流が促進されるから、ヒ
ートパイプの熱輸送能力をより向上させることができ
る。

【００６４】また、この発明の製造方法は、中空扁平形
状に圧潰したパイプ材の両開口端部を密閉し、かつ一方
の端部に注入口を形成する工程と、ヒートパイプ化する
工程と、パイプ材を加熱して内側から全方向に加圧し、
その外壁面をヒートパイプの完成形状に合わせた内部形
状を備えたキャビティの内壁面に圧接させて成形する工
程とからなる方法であるから、熱輸送能力に優れるヒー
トパイプを効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒートパイプの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】同じく平面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】ＣＰＵに取り付けた状態を示す正面図である。

【図５】図４の平面図である。

【図６】内面に凹凸を有するコンテナの例を示す概略断
面図である。

【図７】内面に凹凸を有するコンテナの別の例を示す概
略断面図である。

【図８】形状の異なるコンテナの例を示す概略断面図で
ある。

【図９】形状の異なるコンテナの別の例を示す概略断面
図である。

【図１０】円形の放熱部を有するヒートパイプと、それ
に取り付けられたヒートシンクを示す平面図である。

【図１１】円形の放熱部を有するヒートパイプの別の例
を示す平面図である。

【図１２】ヒートパイプへのヒートシンクの取付け状態
を示す正面図である。

【図１３】ヒートパイプへのヒートシンクの取付け状態
の別の例を示す正面図である。

【図１４】ヒートパイプへのヒートシンクの取付け状態
の他の例を示す正面図である。

【図１５】多数の放熱ピンを備えたヒートシンクを示す
斜視図である。

【図１６】波形状の放熱フィンを備えたヒートシンクの
概略を示す平面図である。

【図１７】千鳥状に配列されたスリットフィンを備えた
ヒートシンクの概略を示す平面図である。

【図１８】フラップ状のガイド板が取り付けられた放熱
フィンの側面図である。

【図１９】多数のジャマ板が取り付けられた放熱フィン
の側面図である。

【図２０】直角三角形の薄板製のガイドを備えた放熱フ
ィンの側面図である。

【図２１】内面に溝が形成されたパイプを示す斜視図で
ある。

【図２２】成形型と圧潰されるつつあるパイプとを示す
概略図である。

【図２３】中空扁平状に圧潰されたパイプを示す斜視図
である。

【図２４】開口端部が圧潰された状態のパイプを示す概
略図である。

【図２５】注入ノズルが取り付けられたパイプを示す概
略図である。

【図２６】加熱追い出し工程を示す概略図である。

【図２７】シーズニング工程を示す概略図である。

【図２８】注入ノズルが本封止される工程を示す概略図
である。

【図２９】コンテナ成形工程を示す概略図である。

【図３０】図２９のＡ−Ａ線の断面図である。

【図３１】ヒートパイプのコンテナが膨張した状態を示
す概略図である。

【図３２】従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１１…ヒートパイプ、 １２…コンテナ、 １２ａ…加
熱部、 １２ｂ…放熱部、 １２ｃ…傾斜側壁部、 １
３…作動流体、 ２２…コンテナ、 ２２ａ…加熱部、
２２ｂ…放熱部、 ２３…尖頭突起、 ２４…リブ、
２５…コンテナ、 ２５ａ…加熱部、 ２５ｂ…放熱
部、 ２６…金属小球、 ２７…格子状のリブ、 ２７
…コンテナ、 ２７ａ…加熱部、 ２７ｂ…放熱部、
２８…コンテナ、 ２８ａ…加熱部、 ２８ｂ…放熱
部、 ３１ａ…加熱部、 ３１ｂ…放熱部、 ４１…ヒ
ートパイプ、 ４３…放熱部、 ５５…パイプ、 ５９
…開口部、 ６４…開口端、 ６５…開口端、 ７４…
キャビティ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１５】

【図１６】

【図２１】

【図２３】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２５】

【図２８】

【図３２】

【図２２】

【図２４】

【図２６】

【図２７】

【図２９】

【図３０】

【図３１】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年７月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】図３２は、従来のパソコンにおいて冷却用
に使用されているヒートパイプの一例を示すものであ
る。このヒートパイプ１は所謂平板型ヒートパイプであ
り、コンテナは矩形断面に形成され、そのコンテナの図
における下側の面が加熱部１ａとされ、かつ上側の面が
放熱部１ｂとされている。そして、この放熱部１ｂの外
部には、多数の放熱フィン１ｃが設けられている。そし
て、コンテナの内部には、真空引きされた後、水等の凝
縮性の作動流体３のみが所定量封入されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 長谷川 仁 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンテナの加熱部側への入熱によって作
   動流体を加熱沸騰させるとともに、発生した蒸気が放熱
   部に移動して凝縮することによって前記入熱を前記放熱
   部に熱輸送するヒートパイプにおいて、 前記コンテナが、平坦な加熱部と、この加熱部の上側に
   離間しかつ加熱部より面積の広い放熱部と、これら加熱
   部と放熱部とのそれぞれの周縁部を全周に亘って互いに
   連結する側壁部とによって中空扁平状に形成されている
   ことを特徴とするヒートパイプ。
2. 【請求項２】 前記加熱部の内面に、核沸騰を誘発させ
   る凸部を備えていることを特徴とする請求項１記載のヒ
   ートパイプ。
3. 【請求項３】 前記放熱部の内面に、作動流体の滴下を
   促進させる凸部を備えていることを特徴とする請求項１
   記載のヒートパイプ。
4. 【請求項４】 塑性変形可能なパイプ材を、その半径方
   向に圧潰して中空扁平形状に形成する工程と、その扁平
   状のパイプ材の両方の開口端部を密閉するとともに、一
   方の端部に作動流体の注入口を形成して容器とする工程
   と、その容器の内部に、真空脱気した状態で凝縮性の流
   体を作動流体として封入してヒートパイプ化する工程
   と、このヒートパイプ化した未完成の容器を、所定の内
   部形状を備えたキャビティの内部に収容した状態で、そ
   の容器を加熱して内圧を高めて、容器をその内側から全
   方向に加圧して、その外壁面を前記キャビティの内壁面
   に圧接させてキャビティ形状に則した形状に成形する工
   程とを有することを特徴とするヒートパイプの製造方
   法。